基于两阶段优化的初至波自动拾取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于两阶段优化的初至波自动拾取方法，其包括对共炮点道集中的每个地震道的能量值进行归一化处理；基于模板的范围带检测算法在每个地震道上采用垂直滑动窗口进行滑动，并与模板进行相关性计算，得到地震道的初至区间顶端样点下标；根据每个地震道的初至区间顶端样点下标和垂直滑动窗口的大小，在共炮点道集上获取所有地震道初至区间组成的初至范围带；在初至范围带内，采用改进的能量比率初至拾取算法计算每个地震道的初至波位置。

Automatic pickup of first break based on two-stage optimization

【技术实现步骤摘要】
基于两阶段优化的初至波自动拾取方法
本专利技术涉及地球物理勘探中数据处理
，具体涉及一种基于两阶段优化的初至波自动拾取方法。
技术介绍
目前，有许多众所周知的地震数据处理系统，例如Promax、CGG、Focus和Grisys。它们都包含了初至波自动拾取的关键步骤。受数据质量和参数设置的影响，每个软件的结果都有很大差异。因此，需要一种更准确、有效和稳定的算法来解决这个问题。很多学者对初至波自动拾取方法进行了研究。Coppens方法使用两个窗口内的能量比处理数据。Al-Ghamdi通过使用自适应阈值改进了这种方法。多窗口算法使用三个移动窗口。此外，它使用每个窗口中的绝对振幅的平均值来区分信号与噪声。Sabbione和Velis改进了Coppens方法(MCM是对Coppens方法进行改进后的拾取方法)，以熵和分形维数方法来选择初至波。Molyneux提出直接相关法(DC)，使用最大互相关值作为标准，但在具有低信噪比的数据集中效果不好。McCormack将反向传播神经网络方法(DNN)应用于初至波的自动拾取中。Coppens的滑动时窗能量比值初至拾取方法是一种较为流行的初至波拾取方法。在地震数据上初至时间之前的地震有效信号应为零，存在的只是噪声；而在它之后是非常强的地震信号。因此，初至前后窗口内的地震能量有非常大的差异。利用地震初至波在起跳时间前后能量上的差异可用来拾取初至，这种方法称为能量比值法，它是由Coppens于1985年提出。根据实际情况选择合适的前后两个滑动窗口长度，对每个窗口的样点求能量和，将后一个窗口的能量和除以前一个窗口的能量和并开方，得到前后窗口内的能量比。具体物理意义：如果两个窗口都在初至波以上，那么前后窗口能量基本上是仪器环境噪声，数值较小，比值也不大；当前后两个窗口的交界点正好压在初至波上时，则比值具有最大值。当移到初至下面的时候，由于微地震能量相对变化较小，因此不会产生较大的能量比值。该方法的基本技术方案为：首先，选取合适的窗口长度，前后两个窗口在每道地震数据上滑动计算；然后求取每道地震数据的前后窗口的能量比，计算出各道的最大前后窗口能量比，能量比值最大时前后窗口交界处所对应的位置，即初至波的所在位置。能量比值法是单道的直接拾取初至波方法，容易受地震数据品质的影响，在低信噪比的地震数据进行初至拾取的准确率较低。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种计算精度高基于两阶段优化的初至波自动拾取方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种基于两阶段优化的初至波自动拾取方法，其包括：对共炮点道集中的每个地震道的能量值进行归一化处理；基于模板的范围带检测算法在每个地震道上采用垂直滑动窗口进行滑动，并与模板进行相关性计算，得到每个地震道的初至区间顶端样点下标；根据每个地震道的初至区间顶端样点下标和垂直滑动窗口的大小，在共炮点道集上获取所有地震道初至区间组成的初至范围带；在初至范围带内，采用改进的能量比率初至拾取算法计算每个地震道的初至波位置。进一步地，所述基于模板的范围带检测算法在每个地震道上采用垂直滑动窗口进行滑动，并与模板进行相关性计算，得到每个地震道的初至区间顶端样点下标进一步包括：A1、获取第j道地震道，并初始化目标函数最小值r*＝+∞和垂直滑动窗口顶端样点下标d＝1；A2、判断垂直滑动窗口顶端样点下标d是否大于地震道中的样点数量m与模板长度l的差值，若是，进入步骤A6，否则进入步骤A3；A3、计算垂直滑动窗口中的样点能量值与模板间的距离wd，并根据距离wd计算垂直滑动窗口的目标函数值rd；A4、判断rd＜r*是否成立，若成立，进入步骤A5，否则更新垂直滑动窗口的顶端样点下标d＝d+1，并返回步骤A2；A5、更新目标函数值的最小值r*＝rd，更新地震道的初至区间顶端样点下标dj＝d，更新垂直滑动窗口的顶端样点下标d＝d+1，并返回步骤A2；A6：输出第j道地震道的初至区间顶端样点下标dj。进一步地，计算垂直滑动窗口的目标函数值的计算公式为：其中，a、b和c均为加权调节因子；d′j为第j道地震道的相邻地震道初至区间的平均顶端样点下标。进一步地，所述距离wd的计算公式为：其中，si，j为第j道地震道中的第i个样点；Ti为模板数组T中第i个模板值。进一步地，所述在初至范围带内，采用改进的能量比率初至拾取算法计算每个地震道的初至波位置进一步包括：B1、初始化地震道的标号j＝1，循环变量i＝ne，其中ne为外部窗口大小；B2、判断地震道的标号j是否大于地震道的总数量n，若是，进入步骤B9，否则进入步骤B3；B3、判断循环变量i是否大于初至范围带的高度e，若是，进入步骤B7，否则进入步骤B4；B4、计算第j道地震道中窗口底端样点下标为循环变量i的外部窗口和内嵌窗口的比值λi(i)：其中，E1，j(i)和E2，j(i)为内嵌窗口和外部窗口中样点能量平方和的平均值；内嵌窗口的长度小于外部窗口的长度；B5、根据比值λj(i)，计算第j道地震道中窗口底端样点下标为循环变量i的窗口的优化目标函数值Mλj(i)：Mλj(i)＝|si，j*λj(i)|α其中，si，j为第j道地震道对应的初至区间中第i个样点的能量值；α和β均为常系数；B6、更新循环变量i＝i+1，并返回步骤B3；B7、根据优化目标函数值Mλj(i)，计算第j道地震道的初至波位置下标Fj：Fj＝argmax(Mλj(i))+dj；B8、更新地震道的标号j＝j+1，并进入步骤B2；B9、输出拾取的所有地震道对应的初至波位置下标。进一步地，内嵌窗口中样点能量平方和的平均值E1，j(i)的计算公式为：其中，ns为内嵌窗口的大小，i-ns+1为内嵌窗口的顶端样点下标；Rk，j为初至范围带矩阵中第j道地震道第k个样点能量值。进一步地，外部窗口中样点能量平方和的平均值E2，j(i)的计算公式为：其中，i-ne+1为外部窗口的顶端样点下标；Rk，j为初至范围带矩阵中第j道地震道第k个样点能量值。进一步地，所述模板分为两部分，前半部分设置为0～0.2的数值，后半部分设置为0.6～0.8的数值。本专利技术的有益效果为：本方案相比于现有技术中的直接拾取初至波的方法(MCM、DC、BNN)，缩小了初至波的搜索范围，压缩了数据集，因而提升了方法的时间效率。在拾取过程中，考虑了相邻初至波的位置相似性，一定程度上保证了相邻地震道的初至拾取结果不会出现太大的上下波动，确保拾取结果的稳定性及初至波拾取的准确性。附图说明图1为基于两阶段优化的初至波自动拾取方法的流程图。图2为在对比试验时选取的10道地震道数据的波形图。图3为本方法及现有技术中的三种算法(BNN，DC，MCM)进行初至拾取的拾取结果。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。参考图1，图1示出了基于两阶段优化的初至波自动拾取方法的流程图；如图1所示，该方法100包括步骤101至步骤104。在步骤101中，对共炮点道集中的每个地震本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于两阶段优化的初至波自动拾取方法，其特征在于，包括：对共炮点道集中的每个地震道的能量值进行归一化处理；基于模板的范围带检测算法在每个地震道上采用垂直滑动窗口进行滑动，并与模板进行相关性计算，得到每个地震道的初至区间顶端样点下标；根据每个地震道的初至区间顶端样点下标和垂直滑动窗口的大小，在共炮点道集上获取所有地震道初至区间组成的初至范围带；在初至范围带内，采用改进的能量比率初至拾取算法计算每个地震道的初至波位置。

【技术特征摘要】
1.基于两阶段优化的初至波自动拾取方法，其特征在于，包括：对共炮点道集中的每个地震道的能量值进行归一化处理；基于模板的范围带检测算法在每个地震道上采用垂直滑动窗口进行滑动，并与模板进行相关性计算，得到每个地震道的初至区间顶端样点下标；根据每个地震道的初至区间顶端样点下标和垂直滑动窗口的大小，在共炮点道集上获取所有地震道初至区间组成的初至范围带；在初至范围带内，采用改进的能量比率初至拾取算法计算每个地震道的初至波位置。2.根据权利要求1所述的基于两阶段优化的初至波自动拾取方法，其特征在于，所述基于模板的范围带检测算法在每个地震道上采用垂直滑动窗口进行滑动，并与模板进行相关性计算，得到每个地震道的初至区间顶端样点下标进一步包括：A1、获取第j道地震道，并初始化目标函数最小值r*＝+∞和垂直滑动窗口顶端样点下标d＝1；A2、判断垂直滑动窗口顶端样点下标d是否大于地震道中的样点数量m与模板长度l的差值，若是，进入步骤A6，否则进入步骤A3；A3、计算垂直滑动窗口中的样点能量值与模板间的距离wd，并根据距离wd计算垂直滑动窗口的目标函数值rd；A4、判断rd＜r*是否成立，若成立，进入步骤A5，否则更新垂直滑动窗口的顶端样点下标d＝d+1，并返回步骤A2；A5、更新目标函数值的最小值r*＝rd，更新地震道的初至区间顶端样点下标dj＝d，更新垂直滑动窗口的顶端样点下标d＝d+1，并返回步骤A2；A6：输出第j道地震道的初至区间顶端样点下标dj。3.根据权利要求2所述的基于两阶段优化的初至波自动拾取方法，其特征在于，计算垂直滑动窗口的目标函数值的计算公式为：其中，a、b和c均为加权调节因子；d′j为第j道地震道的相邻地震道初至区间的平均顶端样点下标。4.根据权利要求2所述的基于两阶段优化的初至波自动拾取方法，其特征在于，所述距离wd的计算公式为：其中，si,j为第j道地震道中的第i个样点；Ti为模板数组T中第i个模板值。5.根据权利要求1所述的基于两阶段优化的初至波自动拾取方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：高磊，蒋昊坤，江臻赟，梁宇，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51